專利名稱：提高視頻圖像銳度的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)視頻信號(hào)的裝置和方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種使邊沿變化陡峭來提高視頻圖像銳度的裝置和方法。
背景技術(shù)：
電視工業(yè)正進(jìn)行著一場(chǎng)從現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)到高清晰度電視(HDTV)轉(zhuǎn)換的重大變革。這種改變很大因素是由于聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)要求截止到2006年，所有在美國(guó)的廣播公司的所有節(jié)目?jī)?nèi)容必須采用HDTV信號(hào)，必須停止使用SDTV信號(hào)。因此，高清晰度電視在市場(chǎng)上也慢慢多起來，而HDTV轉(zhuǎn)換系統(tǒng)則可將HDTV信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠在標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視上顯示的SDTV圖像。
這種向HDTV轉(zhuǎn)變背后的另外幾個(gè)驅(qū)動(dòng)力是獲得更大和更清晰的圖像、某些系統(tǒng)中畫面長(zhǎng)寬比的改變(類似于電影格式)以及傳輸?shù)接^眾過程中對(duì)數(shù)字信噪比敏感度的減少。隨著屏幕變大，電視觀眾希望分辨率也能隨之提高。但是在將來的這幾年里，在廣播設(shè)備向新的HDTV標(biāo)準(zhǔn)(ATSC)轉(zhuǎn)變期間，HDTV設(shè)備都還必須能接收和顯示目前SDTV標(biāo)準(zhǔn)(如PAL，NTSC，SECAM)下的電視信號(hào)。在過渡階段，最好的辦法是HDTV設(shè)備能夠以更高的分辨率顯示SDTV信號(hào)，在主觀上造成高清晰度電視圖像的印象。另外，廣播方面需要的則是以目前標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)的素材實(shí)現(xiàn)向高清晰度(HD)格式轉(zhuǎn)變的技術(shù)。
遺憾的是，電視接收機(jī)端的視頻信號(hào)的分辨率受限于原視頻信號(hào)(如PAL，NTSC，SECAM)的質(zhì)量或傳輸信道的帶寬。因此，為了提高SDTV信號(hào)的分辨率以獲得更高感性質(zhì)量，對(duì)接收機(jī)上的視頻信號(hào)解調(diào)后再實(shí)行后處理變得愈來愈重要。
用來提高視頻圖像分辨率的后處理技術(shù)包括擴(kuò)展原信號(hào)帶寬，使之與HD信號(hào)格式相匹配。一種方法是銳化視頻圖像中諸如人、植物、建筑、家具等的對(duì)象的邊沿或邊界。為了銳化邊沿，已經(jīng)研究出許多邊沿檢測(cè)技術(shù)。這些技術(shù)可以分類為四種主要類別梯度算子，羅盤算子(compass operators)，拉普拉斯算子和隨機(jī)梯度算子。拉普拉斯算子對(duì)邊沿的定位最為精確，但因其對(duì)噪聲非常敏感，有時(shí)會(huì)檢測(cè)到太多的偽邊沿。
另外，視頻圖像中諸如背景對(duì)象的一些對(duì)象被刻意模糊。還有諸如人的面部的其它對(duì)象具有平滑的過渡。這些對(duì)象的邊沿被稱為軟邊沿或平滑邊沿。為了保持這些對(duì)象與原圖像一樣自然，重要的是邊沿增強(qiáng)技術(shù)能夠適應(yīng)局部邊沿特性。
亮度過渡改善(LTI)是一種通過使邊沿過渡變得陡峭來銳化視頻圖像的傳統(tǒng)技術(shù)，由此增加了原信號(hào)帶寬。有以下兩種通常的方法使邊沿陡峭。一種技術(shù)是增加邊沿高邊的像素值并且減少該邊沿其它邊的像素值，使平緩的轉(zhuǎn)變更加陡峭。另一種技術(shù)是利用距邊沿較遠(yuǎn)處的像素值代替邊沿近旁的像素值。在使邊沿陡峭過程中，LTI算法在邊沿周圍產(chǎn)生另外的高頻成分。
但是，目前的算法有兩個(gè)主要缺陷。首先，由于離散時(shí)間抽樣，邊沿中心不一定正好落在像素格中。如果邊沿具體位置的不確定度變得太大，增強(qiáng)后會(huì)看到圖像抖動(dòng)。其次，對(duì)軟邊沿的過增強(qiáng)可能導(dǎo)致“不自然”的圖像。
因此技術(shù)中需要改進(jìn)視頻圖像分辨率的系統(tǒng)和方法。具體來說，需要用于銳化視頻圖像中的邊沿而不引入其它非自然信號(hào)的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。說的更具體一些，改進(jìn)的系統(tǒng)應(yīng)該能夠在子像素級(jí)確定邊沿中心的位置，并能夠適應(yīng)局部邊沿特點(diǎn)。
發(fā)明概述針對(duì)上面所討論的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于銳化視頻圖像中的邊沿的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例中，該裝置包括1)第一電路，它能夠確定與第一邊沿相關(guān)的第一像素的第一亮度值和與第一邊沿相關(guān)的第二像素的第二亮度值，其中第一和第二像素為相鄰像素；2)第二電路，它能夠確定在第一和第二像素之間的第一子像素的位置，其中第一子像素的位置大約在第一邊沿的中心；3)第三電路，它能夠增加第一邊沿中心的第一邊的第二子像素的亮度值；以及4)第四電路，能夠減少第一邊沿中心的與第一邊相對(duì)的第二邊的第三子像素的亮度值。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二電路通過計(jì)算第一像素和第二像素的第一亮度二階導(dǎo)數(shù)來確定第一子像素的位置。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，第二電路通過計(jì)算第一和第二像素間的多個(gè)子像素位置的多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)來確定第一子像素的位置。
按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，第二電路通過使用所述第一二階導(dǎo)數(shù)的線性內(nèi)插來計(jì)算多個(gè)子像素位置的多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)。
按照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，第二電路通過確定子像素位置中被選定的一個(gè)子像素位置來確定第一子像素的位置，其中多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)中的相應(yīng)的一個(gè)具有最小值。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，第二電路通過使用第一亮度二階導(dǎo)數(shù)的多項(xiàng)式內(nèi)插來計(jì)算多個(gè)子像素位置的多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)。
按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，裝置還包括增益控制電路，該增益控制電路能夠按照第一邊沿附近另外的邊沿的頻率，來調(diào)整與第二子像素和第三子像素中的至少一個(gè)相關(guān)的亮度值。
上述內(nèi)容非常粗略的概括了本發(fā)明的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好的理解下面對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述。以下將描述本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)形成本發(fā)明的權(quán)利要求書的主題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道，他們可以很容易地使用所公開的概念和特定的實(shí)施例作為修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，用于實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將知道，廣義形式下，這樣的等效結(jié)構(gòu)沒有脫離本發(fā)明在精神和范圍。
在開始詳細(xì)描述之前，有必要給出貫穿該專利文件的某些詞和短語的定義。術(shù)語“包括”和“包含”及其派生詞，表示無限制的包含；術(shù)語“或”是包含的，表示和/或；短語“與...相關(guān)的”和“與之相關(guān)的” 及其派生詞，可能表示包括，被包括于，與...互相聯(lián)系，包含，包含于，連接到或與...連接，耦合到或與...耦合，可與...通信，與...合作，交織，并列，接近于，結(jié)合到或與...結(jié)合，具有，具有...特性等；并且術(shù)語“控制器”表示至少控制一種操作的任何裝置、系統(tǒng)或其部件，這樣的裝置可以用硬件、固件或軟件中或其中至少兩種的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該指出，任何特定的控制器可以為集中式或分布式，而不管是本地還是遠(yuǎn)程。某些詞和短語的定義出現(xiàn)在本專利文獻(xiàn)的全文中，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解如果不是在大多數(shù)情況下，那也是在許多情況下，這樣的定義適用于之前或之后使用的這樣定義的詞或短語。


為了更完整的理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的對(duì)象，附圖中圖1是按照本發(fā)明原理的包含了用于提高視頻圖形銳度的裝置的電視接收機(jī)的方框圖；圖2說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的亮度過渡改善(LTI)算法的原理；圖3說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的由示例性后處理電路執(zhí)行的子像素級(jí)邊沿中心檢測(cè)操作；圖4說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的由示例性后處理電路執(zhí)行的LTI操作；
圖5是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的后處理電路的所選部分的方框圖；圖6是說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖5所示示例性增益控制器的操作的流程圖；以及圖7是說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的后處理電路的所選部分的操作的流程圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述下面討論的圖1至5，以及本專利文獻(xiàn)中用以描述本發(fā)明的裝置和方法的原理的各種實(shí)施例僅作為示例，不應(yīng)該以任何方式被解釋為是對(duì)此發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道，本發(fā)明的原理可以利用任何經(jīng)過適當(dāng)安排的視頻處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，包括但不限于電視接收機(jī)、電視廣播系統(tǒng)、包含高級(jí)視頻處理電路和相關(guān)視頻處理軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)等。在以下的描述中，按照本發(fā)明的視頻圖像銳化裝置僅為說明目的而在電視接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)。
圖1是電視機(jī)100的方框圖，它包含用于按照本發(fā)明原理提高視頻圖像銳度的裝置。電視接收機(jī)100由天線105、電視接收機(jī)110和顯示器115組成。天線105接收入射射頻(RF)電視信號(hào)，該RF電視信號(hào)由電視接收機(jī)110進(jìn)行處理。例如，顯示器115可以是陰極射線管、平板顯示器或其它任何類型的顯示視頻圖像的設(shè)備。
電視接收機(jī)110包括調(diào)諧器120、中頻(IF)處理器125、任選的MPEG解碼器130和后處理電路140。MPEG解碼器130(用虛線表示)在本示例性實(shí)施例中是任選的，因?yàn)殡娨暯邮諜C(jī)110可以是不包括MPEG解碼器的模擬電視接收機(jī)。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，后處理電路140直接使用IF處理器125的輸出信號(hào)。調(diào)諧器120對(duì)輸入RF信號(hào)進(jìn)行下變頻，以便生成中頻(IF)信號(hào)。IF處理器125對(duì)調(diào)諧器120的IF輸出信號(hào)進(jìn)一步進(jìn)行下變頻，以便產(chǎn)生例如傳送流的基帶信號(hào)。MPEG解碼器130包括分用器電路，該分用器電路可從傳送流中提取至少一個(gè)基本流，諸如MPEG編碼數(shù)據(jù)流。MPEG解碼器130接著對(duì)MPEG編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)換并生成能夠被顯示器顯示的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)。但是，為了進(jìn)一步提高M(jìn)PEG解碼器130生成的視頻信號(hào)的質(zhì)量，MPEG解碼器130的輸出被傳送到后處理電路140作另外的處理。然后，從后處理電路140輸出的改進(jìn)視頻信號(hào)被傳送到顯示器115。
后處理電路140能夠完成幾種不同類型的視頻信號(hào)處理。后處理電路140執(zhí)行的示例性視頻信號(hào)處理功能可以包括噪聲降低算法、色彩校正、換算、掃描速率轉(zhuǎn)換、自適應(yīng)特性增強(qiáng)和其它基于自適應(yīng)目的的算法。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，后處理電路140還包括圖像銳化電路，它能夠執(zhí)行按照本發(fā)明原理的噪聲級(jí)自適應(yīng)銳度增強(qiáng)。
上面提到本發(fā)明可以在任何經(jīng)過適當(dāng)安排的視頻處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，包括包含高級(jí)視頻處理電路和相關(guān)視頻處理軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)。這種情況下，本發(fā)明可作為儲(chǔ)存在PC的硬盤驅(qū)動(dòng)器或諸如CD-ROM盤、DVD盤、3.5寸軟盤等的可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)145上的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施例中，可移動(dòng)的儲(chǔ)存介質(zhì)145可以插入連接到或嵌入在電視接收機(jī)100的盤驅(qū)動(dòng)器中。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，后處理電路140能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)可執(zhí)行指令下載并儲(chǔ)存在諸如隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。
后處理電路140通過執(zhí)行按照本發(fā)明原理的亮度過渡改善(LTI)算法來增強(qiáng)邊沿轉(zhuǎn)換(或使邊沿轉(zhuǎn)換陡峭)。如上所述，使用兩種基本技術(shù)來使視頻圖像的邊沿陡峭1)增加或減少邊沿中心每一邊的像素值；以及2)利用距邊沿中心較遠(yuǎn)處的像素代替邊沿近旁的像素。圖2說明LTI算法原理。圖2繪出用虛線表示的原像素強(qiáng)度曲線205和用實(shí)線表示的增強(qiáng)(或陡峭)像素強(qiáng)度曲線210。邊沿中心由用垂直虛線表示的中心線215表示。
圖2用上下方向的箭頭表示用于使視頻圖像邊沿陡峭的第一技術(shù)，即增加或減少邊沿中心每一邊的像素值。在中心線215左邊，向下箭頭表示原像素強(qiáng)度曲線205上位于中心線215左邊的像素值被減少，以生成增強(qiáng)的像素強(qiáng)度曲線210。在中心線215右邊，向上箭頭表示原像素強(qiáng)度曲線205上位于中心線215右邊的像素值被增加，以生成增強(qiáng)的像素強(qiáng)度曲線210。
圖2用左右方向的箭頭表示用于使視頻圖像邊沿的第二技術(shù)，即用距邊沿中心較遠(yuǎn)處的像素替代邊沿中心近旁的像素。在中心線215左邊，右箭頭表示原像素強(qiáng)度曲線205上位于中心線215左邊的像素值朝著中心線215向右移動(dòng)，以生成增強(qiáng)的像素強(qiáng)度曲線210。在中心線215右邊，左箭頭表示原像素強(qiáng)度曲線205上位于中心線215右邊的像素值朝著中心線215向左移動(dòng)，以生成增強(qiáng)的像素強(qiáng)度曲線210。
目前的算法有兩個(gè)主要的缺陷。首先，由于離散時(shí)間抽樣，邊沿中心不一定落在像素格中。如果具體位置的不確定度太大，增強(qiáng)后會(huì)看到圖像抖動(dòng)。其次，對(duì)軟邊沿的過增強(qiáng)導(dǎo)致“不自然”圖像。
按照本發(fā)明的原理，后處理電路140實(shí)現(xiàn)的LTI算法通過以子像素的準(zhǔn)確度來確定邊沿中心的位置而解決了因邊沿位置的不確定所產(chǎn)生抖動(dòng)問題。后處理電路140通過預(yù)先檢測(cè)軟邊沿并根據(jù)邊沿頻率自適應(yīng)地控制增益系數(shù)，從而解決了第二個(gè)問題。
像素級(jí)準(zhǔn)確度不足以產(chǎn)生高質(zhì)量視頻。本發(fā)明的LTI算法通過在兩個(gè)相鄰像素間線性地內(nèi)插二階導(dǎo)數(shù)來以子像素的準(zhǔn)確度確定邊沿中心的位置，其中所述兩個(gè)相鄰像素是被檢測(cè)的像素級(jí)的邊沿。具有最小絕對(duì)值的子像素被視為邊沿中心。圖3說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的由后處理電路140執(zhí)行子像素級(jí)邊沿中心檢測(cè)算法。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，后處理電路140采用八分之一的像素作為子像素尺寸。
假設(shè)L(x)是像素x的亮度值。LTI算法解釋如下1.首先，后處理電路140計(jì)算兩個(gè)相鄰像素的低通二階導(dǎo)數(shù)
D(x)＝-L(x-n)+2*L(x)-L(x+n)D(x-1)+-L(x-(n+1))+2*L(x-1)-L(x+(n-1))低通二階導(dǎo)數(shù)濾波器的頻率特性由n值控制。對(duì)于最佳性能，n應(yīng)該是局部自適應(yīng)的。
2.其次，后處理電路140通過線性內(nèi)插來計(jì)算子像素位置的低通二階導(dǎo)數(shù)D(x-1+n/N)＝(1-n/N)*D(x-1)+n/N*D(x)在本實(shí)例中，N＝8(例如子像素是一個(gè)像素的八分之一)。
3.接著，后處理電路140通過搜索具有最小絕對(duì)值的二階導(dǎo)數(shù)的子像素位置M，來確定邊沿中心的位置。
D(x-1+m/N)＝min{D(x-1+n/N)，n＝0，...，N}在圖3的實(shí)例中，M＝5。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，后處理電路140可以利用基于多項(xiàng)式的內(nèi)插來計(jì)算子像素位置的二階導(dǎo)數(shù)。最后得到的質(zhì)量差不多與上述的線性內(nèi)插的相同。但是，后處理電路140電路的復(fù)雜性卻大大增加。
這里假設(shè)所有用于LTI改善的候選邊沿最初都具有近似的銳度。實(shí)際上這些都是清晰邊沿。清晰邊沿會(huì)因?yàn)橛邢薜膫鬏攷?、高?biāo)度(upscaling)或其它原因而變模糊，這些邊沿的頻率由視頻信號(hào)的三階導(dǎo)數(shù)和一階導(dǎo)數(shù)之比來表示。
一旦確定了原邊沿頻率和想要的高頻，后處理電路140就可以計(jì)算像素移動(dòng)量。圖4說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性后處理電路140執(zhí)行的LTI操作。在該實(shí)例中，原來的高頻和想要的高頻分別為1/8fSAMPLE和1/4fSAMPLE。所以，后處理電路140將原來離邊沿中心2個(gè)像素遠(yuǎn)的像素朝邊沿中心移動(dòng)一個(gè)像素。如果想要1/2fSAMPLE，則后處理電路140將原來的像素朝邊沿中心移動(dòng)一個(gè)半像素。
在檢測(cè)到子像素級(jí)的邊沿中心后，有三個(gè)步驟用于子像素級(jí)LTI1.通過利用線性內(nèi)插濾波器來計(jì)算移動(dòng)的抽樣格的信號(hào)值。
2.把邊沿中心各邊的像素朝移動(dòng)的抽樣格上的邊沿中心移動(dòng)。
3.通過利用線性內(nèi)插濾波器來計(jì)算原抽樣格的邊沿的校正信號(hào)值。
由于邊沿中心不太可能正好落在像素的位置上，因而移動(dòng)處理所要求的相鄰像素也可能不是源于固定的像素格。所以，在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，后處理電路140包括在子像素位置執(zhí)行視頻信號(hào)線性內(nèi)插的六抽頭多相濾波器。但是，內(nèi)插濾波器并不局限于使用六抽頭多相濾波器。在其它實(shí)施例中，也可以使用四抽頭多相濾波器或其它形式的濾波器來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
在一些LTI算法中，像素的原值被保留。但是，按照本發(fā)明一個(gè)有利的實(shí)施例，后處理電路140通過利用另外的濾波器來計(jì)算新的像素值。這樣做的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于后處理電路140能夠使這個(gè)濾波器與另外的峰化(peaking)相結(jié)合。如果邊沿中心不在像素格上，則按照本發(fā)明的LTI算法的最后步驟是計(jì)算原像素格的像素值。再次，這可以通過使用六抽頭多相濾波器來完成，但不局限于使用這種濾波器。
在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例中，增益控制單元執(zhí)行圖6所示的算法來防止圖像的非自然信號(hào)。一種類型的LTI非自然信號(hào)是由“開小差問題(over-the-hill problem)”引起的。這出現(xiàn)在另一邊沿的像素被移動(dòng)時(shí)。在本發(fā)明一個(gè)有利的實(shí)施例中，當(dāng)在非常鄰近像素中有另一個(gè)邊沿時(shí)，后處理電路140通過控制像素移動(dòng)中的增益來消除開小差問題。據(jù)此，后處理電路140在相鄰邊沿的距離為3個(gè)像素時(shí)執(zhí)行局部邊沿增強(qiáng)，而當(dāng)所述距離小于3個(gè)像素時(shí)不執(zhí)行邊沿增強(qiáng)，并且當(dāng)所述距離大于3個(gè)像素時(shí)執(zhí)行完全邊沿增強(qiáng)。
為了增加不同類型邊沿的質(zhì)量性能，后處理電路140對(duì)邊沿頻率使用兩個(gè)閾值。檢測(cè)的邊沿可分為三組軟邊沿、半軟邊沿和邊沿。對(duì)于半軟邊沿，后處理電路140執(zhí)行局部LTI算法。識(shí)別軟邊沿的閾值是固定的。半軟邊沿的閾值可以設(shè)置為固定或從輸入視頻內(nèi)容來算得。但是，檢測(cè)邊沿的分類不限于僅僅三類。種類的數(shù)量由處理的復(fù)雜性和期望的質(zhì)量來確定。
上述三個(gè)步驟說明了子像素LTI的基本原理。但是，在許多消費(fèi)品中，對(duì)每一個(gè)邊沿都履行這些步驟可能太復(fù)雜了。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，利用查找表(LUT)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述查找表用來計(jì)算因LTI引起的更新量。LUT儲(chǔ)存位置變化FIR系數(shù)的分組，按照檢測(cè)的子像素位置來選擇一組FIR系數(shù)。
圖5是按照本發(fā)明示例性實(shí)施例的后處理電路的所選部分的方框圖。后處理電路140包括子像素邊沿中心檢測(cè)器505、查找表510、增益控制器515、位置變化有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器520和加法器525。子像素邊沿中心檢測(cè)器505從識(shí)別像素級(jí)邊沿位置的上一級(jí)接收原視頻輸入信號(hào)和邊沿信息。子像素邊沿中心檢測(cè)器505接著按照上面在圖3中描述的算法來識(shí)別子像素級(jí)邊沿中心的位置。LUT510接收識(shí)別邊沿中心位置的子像素索引信息并根據(jù)檢測(cè)的子像素位置來輸出所選擇的一個(gè)儲(chǔ)存在LUT 510中的位置變化FIR系數(shù)。
增益控制器515也接收識(shí)別像素級(jí)邊沿位置的邊沿信息，并按照?qǐng)D6中描述的算法生成增益因子。位置變化FIR濾波器520接收原視頻輸入信號(hào)、由LUT 510生成FIR系數(shù)、以及由增益控制器515生成增益因子，并由此生成在子像素級(jí)對(duì)檢測(cè)到的邊沿進(jìn)行銳化的校正信號(hào)。加法器525接收原視頻輸入信號(hào)和來自位置變化FIR濾波器520的校正信號(hào)，并生成最后的視頻輸出信號(hào)，其中邊沿已經(jīng)被銳化。
圖6是說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性增益控制器515的操作的流程圖。增益控制器515接收可用來識(shí)別正被處理的所選像素[X]是否出現(xiàn)在邊沿的邊沿信息。如果像素[X]不是邊沿像素，則增益控制器515把增益因子設(shè)置為0，以便位置變化FIR濾波器520不施加校正信號(hào)(處理步驟605和610)。如果像素[X]是邊沿像素，則增益控制器515確定在此像素前面兩個(gè)或后面兩個(gè)像素(即[X-2]、[X-1]、[X+1]和[X+2])是否為邊沿像素。如果邊沿像素位于[X-2]、[X-1]、[X+1]或[X+2]中，則增益控制器515把增益因子設(shè)置為0，以便位置變化FIR濾波器520不施加校正信號(hào)(處理步驟615和610)。
如果[X-2]、[X-1]、[X+1]或[X+2]中沒有邊沿像素，則增益控制器515確定在像素[X-3]或[X+3]是否有邊沿像素。如果在[X-3]或[X+3]中存在邊沿像素，則增益控制器515把增益因子K設(shè)置為0和1之間的某個(gè)值(即0＜K＜1)(處理步驟620和625)。如果在[X-3]或[X+3]中沒有邊沿像素，則增益控制器515確定邊沿頻率是否高于某一預(yù)定閾值。如果邊沿頻率不高于該預(yù)定閾值，則增益控制器515再將增益因子K設(shè)置為0和1之間的某個(gè)值(即0＜K＜1)(處理步驟630和625)。如果邊沿頻率高于所述預(yù)定閾值，則增益控制器515將增益因子K設(shè)置為1(即K＝1)(處理步驟630和635)。
圖7描述流程圖700，它說明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖4中后處理電路140的所選部分的整體操作。后處理電路140接收原輸入視頻信號(hào)和識(shí)別像素級(jí)邊沿位置的邊沿信息(處理步驟705)。像素級(jí)邊沿位置可以通過多種傳統(tǒng)算法中的任意一種算法來確定。接下來，后處理電路140計(jì)算增益因子，該增益因子將用于邊沿中心周圍的子像素值(處理步驟710)。然后，后處理電路140計(jì)算邊沿像素的二階導(dǎo)數(shù)并利用線性內(nèi)插來確定子像素級(jí)的二階導(dǎo)數(shù)。子像素級(jí)信息被用于選擇FIR濾波器系數(shù)(處理步驟715)。最后，后處理電路140利用FIR系數(shù)和增益控制信號(hào)來調(diào)整原輸入信號(hào)的亮度值，由此生成具有銳化邊沿的增強(qiáng)輸出信號(hào)(處理步驟720)。
盡管本詳細(xì)描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，在不脫離本發(fā)明廣義形式的精神和范圍的情況下，他們可以在其中進(jìn)行各種變化、替代和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)視頻圖像中第一邊沿進(jìn)行銳化的裝置(140)，它包括第一電路(140，505)，它能夠確定與所述第一邊沿相關(guān)的第一像素的第一亮度值和與所述第一邊沿相關(guān)的第二像素的第二亮度值，其中所述第一和第二像素為相鄰像素；第二電路(505)，它能夠確定所述第一和第二像素之間的第一子像素的位置，其中所述第一子像素大約在所述第一邊沿的中心；第三電路(510，515，520)，它能夠增加在所述第一邊沿中心的第一邊上的第二子像素的亮度值；以及第四電路(510，515，520)(510，515，520)，它能夠減少在所述第一邊沿中心的與所述第一邊相對(duì)的第二邊上的第三子像素的亮度值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置(140)，其特征在于所述第二電路(505)通過計(jì)算所述第一像素和所述第二像素的第一亮度二階導(dǎo)數(shù)來確定所述第一子像素的所述位置。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置(140)，其特征在于所述第二電路(505)通過計(jì)算所述第一和第二像素之間的多個(gè)子像素位置的多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)來確定所述第一子像素的所述位置。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置(140)，其特征在于所述第二電路(505)通過利用所述第一二階導(dǎo)數(shù)的線性內(nèi)插來計(jì)算所述多個(gè)子像素位置的所述多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置(140)，其特征在于所述第二電路(505)通過確定所述子像素位置中被選出的一個(gè)子像素位置來確定所述第一子像素的所述位置，其中所述多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)中相應(yīng)的一個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)具有最小值。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置(140)，其特征在于所述第二電路(505)通過利用所述第一亮度二階導(dǎo)數(shù)的多項(xiàng)式內(nèi)插來計(jì)算所述多個(gè)子像素位置的所述多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置(140)，其特征在于所述第二電路(505)通過確定所述子像素位置中被選出的一個(gè)子像素位置來確定所述第一子像素的所述位置，其中所述多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)中相應(yīng)的一個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)具有最小值。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置(140)，其特征在于所述裝置(140)還包括增益控制電路(515)，它能夠按照靠近所述第一邊沿的其它邊沿的頻率來調(diào)整與所述第二子像素和所述第三子像素中的至少一個(gè)相關(guān)的亮度的值。
9.一種電視接收機(jī)(110)，它包括解調(diào)電路(120，125，130)，它能夠接收輸入RF電視信號(hào)并由此生成能夠在視頻顯示(115)上作為多個(gè)像素被顯示的基帶視頻信號(hào)；以及后處理電路(140)，它連接到所述解調(diào)電路(120，125，130)的輸出端并從其接收所述基帶視頻信號(hào)，并且能夠?qū)λ龆鄠€(gè)像素形成的視頻圖像中的第一邊沿進(jìn)行銳化。所述后處理電路140包括第一電路(140，505)，它能夠確定與所述第一邊沿相關(guān)的第一像素的第一亮度值和與所述第一邊沿相關(guān)的第二像素的第二亮度值，其中所述第一和第二像素為相鄰像素；第二電路(505)，它能夠確定所述第一和第二像素之間的第一子像素的位置，其中所述第一子像素大約在所述第一邊沿的中心；第三電路(510，515，520)，它能夠增加在所述第一邊沿中心的第一邊上的第二子像素的亮度值；以及第四電路(510，515，520)，它能夠減少在所述第一邊沿中心的與所述第一邊相對(duì)的第二邊上的第三子像素的亮度值。
10.如權(quán)利要求9所述的電視接收機(jī)(110)，其特征在于所述第二電路(505)通過計(jì)算所述第一像素和所述第二像素的第一亮度二階導(dǎo)數(shù)來確定所述第一子像素的所述位置。
11.如權(quán)利要求10所述的電視接收機(jī)(110)，其特征在于所述第二電路(505)通過計(jì)算所述第一和第二像素之間的多個(gè)子像素位置的多個(gè)中間亮度二階導(dǎo)數(shù)來確定所述第一子像素的所述位置。
12.如權(quán)利要求9所述的電視接收機(jī)(110)，其特征在于所述裝置(140)還包括增益控制電路(515)，它能夠按照靠近所述第一邊沿的其它邊沿的頻率來調(diào)整與所述第二子像素和所述第三子像素中的至少一個(gè)相關(guān)的亮度的值。
13.一種對(duì)視頻圖像中第一邊沿進(jìn)行銳化的方法，它包括以下步驟確定與所述第一邊沿相關(guān)的第一像素的第一亮度值和與所述第一邊沿相關(guān)的第二像素的第二亮度值，其中所述第一和第二像素為相鄰像素；確定所述第一和第二像素之間的第一子像素的位置，其中所述第一子像素大約在所述第一邊沿的中心；增加在所述第一邊沿中心的第一邊上的第二子像素的亮度值；以及減少在所述第一邊沿中心的與所述第一邊相對(duì)的第二邊上的第三子像素的亮度值。
14.計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，它儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(145)中并能夠?qū)σ曨l圖像中的邊沿進(jìn)行銳化，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令包括以下步驟確定與所述第一邊沿相關(guān)的第一像素的第一亮度值和與所述第一邊沿相關(guān)的第二像素的第二亮度值，其中所述第一和第二像素為相鄰像素；確定所述第一和第二像素之間的第一子像素的位置，其中所述第一子像素大約在所述第一邊沿的中心；增加在所述第一邊沿中心的第一邊上的第二子像素的亮度值；以及減少在所述第一邊沿中心的與所述第一邊相對(duì)的第二邊上的第三子像素的亮度值。
全文摘要
公開一種對(duì)視頻圖像中的邊沿進(jìn)行銳化的裝置。該裝置包括:1)第一電路,它能夠確定與第一邊沿相關(guān)的第一像素的第一亮度值和與第一邊沿相關(guān)的第二像素的第二亮度值,其中第一和第二像素為相鄰像素;2)第二電路,它能夠確定第一和第二像素之間的第一子像素的位置,其中第一子像素大約在第一邊沿的中心;3)第三電路,它能夠增加在第一邊沿中心的第一邊上的第二子像素的亮度值;以及4)第四電路,它能夠減少在第一邊沿中心的與第一邊相對(duì)的第二邊上的第三子像素的亮度值。
文檔編號(hào)G06T5/20GK1372678SQ01801172
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月7日
發(fā)明者H·何, J·G·楊森 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司